導(dǎo)語：光纖通信課程教學(xué)問題與方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：光纖通信課程是通信工程專業(yè)的核心課程之一，背景知識(shí)復(fù)雜，涉及內(nèi)容多，授課難度大．在當(dāng)前學(xué)時(shí)普遍被壓縮的條件下如何提高教學(xué)效率，確保教學(xué)質(zhì)量已成為必須解決的問題．根據(jù)該課程特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，以傳輸原理與特性知識(shí)點(diǎn)為例分析了光纖通信教學(xué)中容易出現(xiàn)的幾種問題，并對(duì)相應(yīng)的解決方法進(jìn)行了探討．

關(guān)鍵詞：光纖通信；傳輸原理與特性；教學(xué)方法

光纖通信是高等院校通信工程專業(yè)的必修專業(yè)課程，涉及物理、通信原理、模擬/數(shù)字電路及電磁場(chǎng)等諸多基礎(chǔ)課程的知識(shí)[1-2]．教學(xué)過程中常出現(xiàn)因知識(shí)點(diǎn)繁雜及學(xué)生基礎(chǔ)理論不扎實(shí)，導(dǎo)致把握不住學(xué)習(xí)重點(diǎn)，形成不了知識(shí)體系的現(xiàn)象[3-4]．針對(duì)該情況，本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以光纖通信傳輸原理與特性知識(shí)點(diǎn)為例分析存在的主要問題并提出相應(yīng)解決方法．

1光纖通信教學(xué)問題分析

當(dāng)前光纖通信相關(guān)的經(jīng)典教材較多，雖然內(nèi)容編排順序不盡相同，側(cè)重點(diǎn)稍有差異，但基本知識(shí)點(diǎn)都是相同或近似的，主要包括光纖傳輸原理與特性，有/無源光器件，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，光纖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，SDH和DWDM及各類新型光網(wǎng)絡(luò)，光器件操作與性能測(cè)量等[5]．其中傳輸原理與特性一般作為全書第2章的內(nèi)容講述光纖通信的基本原理和主要特性，是后續(xù)知識(shí)點(diǎn)也是全課程的基礎(chǔ)理論部分．因此，是教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，而且該模塊由于涉及較多的物理與數(shù)學(xué)知識(shí)，內(nèi)容抽象，公式繁雜，也是教學(xué)的難點(diǎn)內(nèi)容．以該模塊為例，分析光纖通信教學(xué)中容易出現(xiàn)的幾個(gè)問題：1.1教學(xué)內(nèi)容多但課時(shí)有限．該部分包括光纖與光纜結(jié)構(gòu)、射線理論法、波動(dòng)理論法、光纖損耗特性、色散特性和非線性特性等主要知識(shí)點(diǎn)，而且每個(gè)知識(shí)點(diǎn)又包含較多的基礎(chǔ)概念、基本原理甚至較復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)．與之相對(duì)應(yīng)的是當(dāng)前高校課程門類多，普遍存在課時(shí)被壓縮情況，該部分只分配了6學(xué)時(shí)的理論教學(xué)和2學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課．因此，如何根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)來合理確定教學(xué)內(nèi)容，并做好學(xué)時(shí)分配是確保光纖通信教學(xué)質(zhì)量的前提．1.2主要知識(shí)點(diǎn)理解難度大．在知識(shí)點(diǎn)中波動(dòng)理論法需要學(xué)生具備較強(qiáng)的電磁場(chǎng)理論知識(shí)背景，概念比較抽象并包含復(fù)雜的公式推導(dǎo)；色散特性包含模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振色散等4種不同類型，其生成原因各異且涉及光纖模式、相位常數(shù)、群速度和雙折射等很多學(xué)生較難理解的概念；．非線性效應(yīng)包含受激散射和折射率擾動(dòng)2大類，相應(yīng)的物理過程也都比較復(fù)雜．因此，如何使學(xué)生切實(shí)掌握這些知識(shí)難點(diǎn)是提升光纖通信教學(xué)水平的關(guān)鍵．1.3難以形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系該模塊內(nèi)容可分為光纖及光纜結(jié)構(gòu)、傳輸原理和傳輸特性，三者既有聯(lián)系又相互獨(dú)立．如果完全按照獨(dú)立的小節(jié)講解，學(xué)生必然會(huì)感覺知識(shí)點(diǎn)龐雜且易混淆、易忘記．例如：學(xué)習(xí)傳輸原理必然要用到光纖結(jié)構(gòu)知識(shí)，理解保偏光纖又需要了解光纖模式和偏振特性．因此，如何安排好各知識(shí)點(diǎn)的講解順序并構(gòu)建每章、每節(jié)甚至每次課的知識(shí)體系是增強(qiáng)光纖通信教學(xué)效果的重點(diǎn)．1.4某些內(nèi)容可能與其他課程重復(fù)．學(xué)校開設(shè)了諸如通信系統(tǒng)、現(xiàn)代通信技術(shù)和軍事通信基礎(chǔ)等基礎(chǔ)通用課程，其中會(huì)用一章或一節(jié)介紹光纖通信的知識(shí)．這些內(nèi)容如果在光纖通信課程中完全不講，則導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容不完整，但如果完全重復(fù)已學(xué)知識(shí)又導(dǎo)致教學(xué)資源浪費(fèi)．因此，如何處理好光纖通信與此類課程的關(guān)系是提高光纖通信教學(xué)效率的助力．

2教學(xué)方法探究

要提高課程教學(xué)效果，必須解決存在的問題，并輔以適應(yīng)的教學(xué)方法和手段．2.1分清主次，做好內(nèi)容取舍．在課時(shí)有限的情況下要將所有知識(shí)點(diǎn)講透徹是很難做到的，需要根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)特點(diǎn)有所側(cè)重．目前工科院校的本科生培養(yǎng)大部分注重實(shí)際工程應(yīng)用，各知識(shí)點(diǎn)可根據(jù)本校教學(xué)實(shí)際適度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容．例如：在介紹傳輸原理時(shí)可使用射線理論法，也可使用波動(dòng)理論法，前者簡(jiǎn)單但得到的是近似結(jié)果，后者得到精確結(jié)果但過程極為繁雜．如果學(xué)生培養(yǎng)的主要目標(biāo)不是從事光纖通信專門科學(xué)研究，可以將教學(xué)重點(diǎn)置于射線理論法，對(duì)波動(dòng)理論法只做主要概念和推導(dǎo)思路的介紹．2.2深入淺出，側(cè)重概念掌握．波動(dòng)理論法、色散特性和非線性效應(yīng)等內(nèi)容原理復(fù)雜，涉及概念多，甚至還有復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)．教學(xué)中應(yīng)該側(cè)重學(xué)生對(duì)基本和關(guān)鍵概念的掌握，透過現(xiàn)象直擊本質(zhì)．例如：波動(dòng)理論法的本質(zhì)就是通過求解特定邊界條件下的麥克斯韋方程獲得電磁場(chǎng)分布，每種分布對(duì)應(yīng)不同模式，引出歸一化頻率、模場(chǎng)直徑等基本概念的含義，而詳細(xì)的推導(dǎo)過程可以根據(jù)教學(xué)實(shí)際進(jìn)行簡(jiǎn)化處理甚至省略（實(shí)際上已有本科生教材不再列出詳細(xì)推導(dǎo)過程）；色散特性和非線性效應(yīng)分別講解各自產(chǎn)生的原因及對(duì)通信的影響，而色散補(bǔ)償及非線性效應(yīng)中功率/相位的計(jì)算推導(dǎo)等內(nèi)容可以給學(xué)生提供思路，在課后查閱資料自學(xué)．2.3高屋建瓴，構(gòu)建知識(shí)體系．形成相對(duì)完整的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)不僅有利于學(xué)生全面掌握所學(xué)知識(shí)要點(diǎn)，還有利于其加強(qiáng)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的理解．因此，教學(xué)中有必要對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過其內(nèi)在邏輯性串聯(lián)在一起并及時(shí)歸納總結(jié)．例如：光纜結(jié)構(gòu)的內(nèi)容涉及到傳輸原理和特性的知識(shí)，所以可將其放在第2章最后講授；學(xué)生易混淆4類色散原因，故在介紹概念后可馬上歸納其特點(diǎn)并進(jìn)行比較，而不一定等到本次課結(jié)束時(shí)再總結(jié)．當(dāng)然，完整的知識(shí)體系是由多個(gè)“小”模塊組成，每個(gè)小模塊又包含很多概念或原理，因此也需要重視每個(gè)模塊自身的體系構(gòu)建．例如：在講解射線理論法時(shí)可將7個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)通過層層遞進(jìn)的方式分析光纖是“如何傳輸光信號(hào)”這個(gè)核心問題（見圖1）．而且在解釋完最后一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)“基于射線理論法的模式”后可順勢(shì)引出下一部分“波動(dòng)理論法”內(nèi)容，這樣將多個(gè)零散的知識(shí)點(diǎn)串成“線”，再與其他知識(shí)點(diǎn)形成“面”，最后構(gòu)建課程完整的知識(shí)體系．2.4由表及里，揭示內(nèi)涵本質(zhì)．在某些通用基礎(chǔ)課（如通信系統(tǒng)）中，學(xué)生已經(jīng)接觸了部分光纖通信的知識(shí)，那么在專業(yè)課中講授時(shí)不僅要控制這部分內(nèi)容的時(shí)間，還應(yīng)該利用該條件加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解．首先，學(xué)生已有的知識(shí)在專業(yè)課中不能完全不講，否則難以構(gòu)建課程完整的知識(shí)體系．其次，課堂中對(duì)該部分知識(shí)的控制要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際掌握程度確定，可快速回顧亦可適度分析[6-7]．第三，通過已學(xué)知識(shí)啟發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的興趣，例如：學(xué)生已學(xué)過光學(xué)定律和光纖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，可提問是否所有光線都能被光纖傳輸，如果不是那么有什么原因，從而引出后面一系列問題（見圖1）．學(xué)生已經(jīng)了解光纖在傳輸過程中會(huì)有損耗，那么到底損耗有哪些來源，損耗是如何度量等．通過這樣的方法不僅使授課內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)完整，提高課時(shí)利用率，還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并加深對(duì)新舊知識(shí)的理解．2.5靈活多變，豐富教學(xué)手段．除了需要注意的方面，靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法手段也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑．包括：使用多媒體資源增強(qiáng)描述的生動(dòng)形象性，如Flash動(dòng)畫展示不同波長(zhǎng)光線在漸變折射率光纖中可同時(shí)到達(dá)接收機(jī)，光斑亮度圖片解釋線性偏振模的含義，專業(yè)視頻說明光纖的制造過程等；利用例題加深學(xué)生對(duì)重要概念的理解，如通過計(jì)算不同色散系數(shù)光纖的時(shí)延和帶寬來理解色散對(duì)系統(tǒng)性能的影響；引入實(shí)物解釋特殊現(xiàn)象[8]，如光纖的彎曲損耗可通過一個(gè)簡(jiǎn)單并且可在課堂上完成的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證——使用激光筆把光打入一段彎曲的光纖，光從光纖側(cè)邊泄露出來，即存在能量損耗；應(yīng)用工具軟件輔助教學(xué)難點(diǎn)[9-10]，如使用Matlab軟件生成線性偏振模的三維立體圖像以及仿真色散展寬過程等．雖然這是基于光纖傳輸原理與特性知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行的探討，但對(duì)于其他知識(shí)點(diǎn)也是適用的．例如：對(duì)傳送網(wǎng)部分的講授就必須要理清同步數(shù)字體系（SDH）、多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）、波分復(fù)用（WDM）、光傳送網(wǎng)（OTN）及分組傳送網(wǎng)（PTN）之間的關(guān)系，讓學(xué)生形成清晰完整的知識(shí)體系．

3教學(xué)效果評(píng)估

通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的精心組織和教學(xué)方法的靈活運(yùn)用，授課時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升，注意力更為集中，課堂氣氛非常活躍．課后的問卷調(diào)查與座談交流中，學(xué)生們認(rèn)為內(nèi)容的安排比較合理，知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系脈絡(luò)十分清晰，特別是對(duì)核心知識(shí)的印象非常深刻．課程考核通過理論考試、實(shí)驗(yàn)和課堂提問的形式進(jìn)行，比例分別為70%，20%和10%．通過2輪的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更為深刻，掌握更加全面，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫胶艽筇岣?，考核平均成?jī)相比過去有5~8分（百分制）的提高，教學(xué)效果令人滿意．

綜上所述，傳輸原理與特性模塊是光纖通信課程的基礎(chǔ)理論部分，也是課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)．本文以該知識(shí)點(diǎn)為例，分析了教學(xué)實(shí)踐中遇到的課時(shí)受限、難點(diǎn)較多、體系構(gòu)建及內(nèi)容交叉等方面的問題，并提出了相應(yīng)的解決辦法．光纖通信其他模塊的教學(xué)可參照所列方法，根據(jù)不同內(nèi)容特點(diǎn)加以調(diào)整改進(jìn)，提高教學(xué)效果并促進(jìn)課程整體質(zhì)量的提高．

作者:戴精科 井亞鵲 張峰干 單位:火箭軍工程大學(xué)